Обновления модуля Композитные материалы

В модуль Композитные материалы пакета COMSOL Multiphysics® версии 5.6 добавлены инструменты моделирования пороупругих многослойных оболочек, реализован новый метод послойного моделирования для сложных слоистых материалов, а также добавлены модели повреждений и нелинейных материалов для многослойных оболочек. Более подробная информация об этих и других обновлениях модуля Композитные материалы представлена ниже.

Мультифизический интерфейс Poroelasticity, Layered Shell

Новый мультифизический интерфейс Poroelasticity, Layered Shell позволяет моделировать многослойные объекты (картон, композиты и т. д.), слои которых изготовлены из материалов с разными свойствами. При выборе этого интерфейса в модель автоматически добавляются интерфейсы Layered Shell, новый интерфейс Layered Darcy’s Law и новая мультифизическая связка Layered Poroelasticity. Новый интерфейс Layered Darcy’s Law предназначен для расчета потока жидкости в слоистых пористых средах, таких как картон, композиты или фанера. Интерфейс позволяет моделировать медленные течения и течения в пористых средах с очень низкой проницаемостью и пористостью, где основным движущим фактором является градиент давления. Отметим, что для использования этой функциональной возможности необходима лицензия на модули Течения в пористых средах и Композитные материалы.

Послойное моделирование

Добавлена возможность послойного описания сложных многослойных структур ply-based modeling approach, более простого по сравнению с зональным подходом zone-based modeling approach. Чтобы описать многослойную структуру, используется окно Selection в настройках узлов Layered Material Link, Layered Material или Single Layer Material, добавленных из контекстного меню узла Layered Material Stack. В случае, когда перечисленные узлы (или слои) связаны с разными геометрическими объектами, в настройках узла Layered Material Stack зоны создаются автоматически, и информация о каждой из них отображается в таблице Stack Zone Definition. Каждая зона считается отдельным многослойным материалом, а значит может использоваться в настройках физических интерфейсов и при обработке результатов. Применение этого подхода продемонстрировано в новых моделях:

Окно настройки узла Layered Material Stack, а также окно предварительного просмотра поперечного сечения слоя для модели композитной панели с отображением зон 1–6. В этом примере используется послойное описание, и автоматически сгенерированные зоны можно увидеть в таблице Stack Zone Definition, а также на графике предварительного просмотра поперечного сечения.

Повышение производительности в FSDT моделях оболочек

Значительно повышена производительность вычислений при использовании линейной теории сдвиговых деформаций оболочек First-Order Shear Deformation Theory (FSDT), реализованной в интерфейсе Shell с узлом Layered Linear Elastic Material. Добавлена новая формулировка NMQ для интегрирования энергетических соотношений по моделируемой поверхности, а не по всему виртуальному домену. Новая формулировка будет полезна при решении задач калибровки композитных материалов и применяется автоматически в большей части задач.

Окно настройки группы 3D-графиков и модель композитной лопасти ветровой турбины в графическом окне. Новая NMQ формулировка позволила сократить время расчета собственных частот композитной лопасти ветровой турбины с 17 до 7 минут.

Выбор типа соединения в настройках узла Layered Material Continuity

В узле Continuity интерфейса Layered Shell теперь можно выбрать тип соединения Connection type. Варианты выбора становятся доступны при включении расширенной настройки физических интерфейсов Advanced Physics Options. Представлены два типа соединения: прямое Straight и обратное Twisted. При выборе второго типа два многослойных материала соединяются друг с другом в обратном порядке, то есть верхние слои одного многослойного материала сопрягаются с нижними слоями другого многослойного материала. Обратное соединение используется, в частности, если сопрягаемые границы по-разному ориентированы в пространстве.

Изменение стандартной модели деформируемого твердого тела в интерфейсе Layered Shell

Стандартная модель Solid, представленная узлом Linear Elastic Material в интерфейсе Layered Shell, изменена с изотропной Isotropic на ортотропную Orthotropic. Ортотропная модель лучше описывает свойства композитных материалов. Для изотропных материалов автоматически рассчитываются эквивалентные ортотропные свойства.

Улучшение предварительного просмотра структуры многослойных материалов

Теперь графики предварительного просмотра многослойных материалов можно использовать в приложениях с помощью новой опции в узле Results. В окне настройки всех узлов многослойных материалов добавлены две новые кнопки для визуализации поперечного сечения слоя Create Layer Cross Section Plot и визуализации многослойной сборки Create Layer Stack Plot. Новый функционал позволяет не только создавать, но и сохранять разные графики предварительного просмотра в модели.

Окно настройки группы 2D-графиков, а также модель многослойного нагревательного контура с зонами 1–3: стекло, стекло - серебро и стекло - нихром. Предварительный просмотр поперечного сечения слоя в узле Results, созданный для сохранения графика в модели и его отображения в приложении.

Смешанная формулировка в модели Layered Linear Elastic Material

Добавлена поддержка смешанной формулировки для модели многослойного линейного упругого материала Layered Linear Elastic Material в интерфейсе Shell. Можно выбрать вариант Pressure formulation или Strain formulation. Смешанная формулировка позволяет повысить точность при моделировании почти несжимаемых материалов. Смешанная формулировка для однослойных оболочек доступна при наличии модуля Механика конструкций. При наличии модуля Композитные материалы смешанная формулировка доступна также и для многослойных оболочек.

Учет вязкостных потерь в модели Layered Linear Elastic Material

Теперь при работе с моделью многослойного линейного упругого материала Layered Linear Elastic Material в интерфейсе Shell можно включить учет вязкостных потерь. При моделировании однослойных оболочек учет вязкостных потерь доступен при наличии модуля Механика конструкций. Если в состав лицензии включен модуль Композитные материалы, тогда вязкостные потери можно учесть и в многослойных оболочках, причем для разных слоев можно задать разный коэффициент потерь.

Модели повреждения многослойных оболочек

Все модели повреждения Damage, представленные в интерфейсе Solid Mechanics, теперь доступны и в рамках модели многослойного линейного упругого материала Layered Linear Elastic Material интерфейса Shell, а также в рамках модели линейного упругого материала Linear Elastic Material интерфейса Layered Shell.

Модели многослойных высокоэластичных материалов в интерфейсе Shell

Все модели высокоэластичных материалов Hyperelastic Material, представленные в интерфейсе Solid Mechanics, теперь доступны в узле Layered Hyperelastic Material интерфейса Shell. При наличии модуля Композитные материалы эти модели также можно использовать для описания многослойных оболочек, причем разные слои могут быть описаны разными моделями материалов.

Большие пластические деформации в интерфейсе Layered Shell

Теперь в рамках модели линейного упругого материала Linear Elastic Material в интерфейсе Layered Shell можно моделировать большие пластические деформации Large-Strain Plasticity. Доступны все функции пластического течения и модели изотропного упрочнения, которые представлены в интерфейсе Solid Mechanics. Пластические деформации можно учесть также при использовании модели высокоэластичных материалов Hyperelastic Material интерфейса Layered Shell, добавив подузел Plasticity. Здесь будет использована формулировка для больших деформаций Large-Strain Plasticity. Доступны все функции пластического течения и модели изотропного упрочнения, которые представлены в узле Hyperelastic Material интерфейса Layered Shell.

Переменные состояния в узле Plasticity

Теперь к узлу Plasticity модели линейного упругого материала Linear Elastic Material интерфейса Layered Shell и модели многослойного линейного упругого материала Layered Linear Elastic Material интерфейсов Shell и Membrane можно добавить новый подузел для переменных состояния Set Variables. С его помощью можно переопределить степени свободы, связанные с пластической деформацией, для моделирования таких процессов как снятие напряжений и отжиг. Для использования этой функции требуется модуль Нелинейные материалы.

Прочие усовершенствования

  • Добавлена возможность задать давление в порах с помощью условия Pore Pressure в узле External Stress модели Linear Elastic Material интерфейса Layered Shell.
  • Улучшена работа со слоями переменной толщины в интерфейсах Layered Shell, Shell и Membrane.
  • В интерфейсе Shell на общих гранях абсолютно жестких доменов Rigid Domain и многослойных упругих материалов Layered Linear Elastic Material по умолчанию используется условие непрерывности.
  • Во все интерфейсы для всех многослойных материалов добавлен новый оператор интегрирования любой произвольной величины по толщине слоев xdintopallint.
  • Модель расслоения Delamination теперь можно использовать только в нескольких интерфейсах с частичной выборкой базовой поверхности.
  • Улучшены стандартные графики для модели многослойного линейного упругого материала Layered Linear Elastic Material в интерфейсах Shell и Membrane.

Новые учебные модели

В Библиотеку приложений модуля Композитные материалы COMSOL Multiphysics® версии 5.6 добавлено несколько новых учебных моделей.

Композитная пластина с переменным количеством слоев

Цветовая диаграмма распределения напряжений в композитной пластине с переменным количеством слоев. Послойное распределение напряжений в толстой, сужающейся и тонкой частях многослойной пластины с переменным количеством слоев. На векторном графике показана приложенная нагрузка.

Название в Библиотеке приложений:

ply_drop_off_in_a_composite_panel

Загрузить из Галереи приложений

Оптимизация последовательности стека

Композитный ламинат представлен в виде квадратной модели с построением сетки исходных значений и результатов оптимизации стека в радужной цветовой схеме. Деформация композитного материала для исходной и оптимизированной последовательности слоев. Векторный график визуализирует приложенную нагрузку.

Название в Библиотеке приложений:

stacking_sequence_optimization

Загрузить из Галереи приложений

Нагревательный элемент: версия модели с использованием многослойной оболочки

Модель нагревательного контура выглядит как черный прямоугольник с ортогональным орнаментом желтого и пурпурного цветов. Показаны распределение напряжений и деформация разных слоев многослойной версии модели нагревательного элемента, построенной с помощью нового послойного описания.

Название в Библиотеке приложений:

heating_circuit_layered

Загрузить из Галереи приложений